生物模板法製備光催化材料

生物模板是一種利用天然的生物結構，來實現製備有特殊結構材料的新方法和途徑。生物模板具有構型獨特、形貌重複性高、資源豐富、對環境友好、容易去除、廉價易得、可再生等特點。通過生物模板可以實現人工合成無機材料的形態多樣化和功能多樣化，同時也符合環保對材料的要求。

基本介紹

• 中文名：生物模板法製備光催化材料 
• 外文名：biotemplate
• 釋義：一種利用天然的生物結構

生物模板的種類

生物模板主要包括：

細菌病毒模板

細菌等微生物具有良好的微觀有機結構，它們的尺寸微小，作為模板可以合成納米結構材料。這是因為其在不斷的進化過程中已經演變出了大量的優勢結構生物形態，並且可以通過自身調節機制，將這些形態結構精準的控制在納米級別。此外，細菌模板具有獲取途徑廣泛、潛在的基因調控功能等優點，所以套用前景良好。當前的科技手段尚無法實現製備有序排列的3D納米微球結構，但球菌、螺旋桿菌等細菌卻可以輕易的形成這類結構。此外病毒模板合成納米結構材料也有套用,比如M13病毒。

藻類模板概述

代表是硅藻和藍藻。

硅藻是一種大小在1-100μm之間的單細胞微生物，能夠進行光合作用。已知的硅藻類生物大致有一萬種，他們將自然界的含矽物質進行聚集和組裝，並通過生物礦化作用形成自身的細胞壁。不同的作用能夠讓細胞壁形成不同的形貌和結構。而這些細胞壁的形貌和結構，又決定了硅藻的性質。總體說，硅藻具有六角形、棒狀、球形等形貌，而且它們的結構尺寸範圍一般在50nm左右，屬於納米級。使用硅藻模板製得的TiO₂/SiO₂材料降解羅丹明B是P25降解速率的12倍。

藍藻是原核生物，在所有藻類生物中，藍藻是最簡單、最原始的一種。藍藻很小，通常不易被發現，只有以群體形式出現時才容易被看見。以最常見銅綠微囊藻為例，細胞為球形、直徑3.8~6.3 μm。藍藻主要分布在自然界各種水體和部分生物體內，當它們以群體形式聚集時容易造成水體富營養化，也就是通常說的“水華”現象。藍藻作為生物模板製得材料後也保留了球形。

植物模板概述

主要分為橡膠乳，稻穀殼，植物葉片，菸草等模板。

天然橡膠乳液是一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，以天然橡膠乳液為模板劑能合成銳鈦礦晶形的有序的介孔二氧化鈦。所得二氧化鈦具有規則的孔徑通道，顆粒小，分布比較均勻。

稻殼是主要的農業廢料，富含矽元素並在很久以前作為製備SiO₂的原料。製得材料後呈現片狀或層狀。

以甘蔗莖為生物模板，製作的材料形態奇特。而蘆葦葉、黑藻、菸草等生物比較常見，廣泛易得，價格低廉，用於製作生物模板，處理簡單方便，容易保存。製得材料後，不僅形態保持良好，而且光催化效果有所提升。使用黑藻模板製得的ZnIn₂S₄可見光下產氫量是常規ZnIn₂S₄的6倍 。

動物模板概述

以蝴蝶翅膀為代表，利用蝴蝶翅膀作為模板合成TiO₂，成功複製了蝴蝶翅膀的結構，且呈現明顯層狀結構並且擁有均勻的孔道。所以該材料具有較大的比表面積，禁頻寬度較窄，為2.94eV，在紫外光下反應5h後其光反應析氧的活性是普通P25的10倍以上，在可見光（400-500nm）下也有較好的光吸收能力。